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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王仕宏
研究生(外文):WANG SHIH HUN
論文名稱:晶圓片輪磨加工參數與次表面層之探討
論文名稱(外文):Effecs of Grinding Parameters on the Subsurface Damage of Silicon Wafer
指導教授:紀華偉
指導教授(外文):Hua-Wei Chi
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:輪磨裂痕次表層
外文關鍵詞:wafergrindingcrack
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精密輪磨(Fine Grinding)是一種能夠有效快速移除材料的加工技術,應用鑽石輪磨於晶圓薄化製程上,方能克服加工不易與移除量小等問題。輪磨加工具有自動化、加工時間短及成本較低等優點,因此近幾年來被廣泛使用在半導體晶圓基材加工上。優點在於快速、移除量掌控佳。但由於整個過程是以機械加工的方式進行,幾乎無可避免會對晶圓片產生損傷。此外,磨削時所採用的各種加工條件也會影響加工期間及完工後的狀況。良好的品質必須由適當的磨削參數來加以控制。
本文以矽晶圓輪磨方式為主要的加工程序,配上磨輪、主軸轉速、工作台轉速、進給,探討這些製程參數對矽晶圓表面及次表面性狀,使用原子力顯微鏡、光學顯微鏡及掃描式電子顯微鏡觀測。統計交叉比對後選擇出適當的加工參數,提高輪磨後晶圓片的品質。
結果中發現,表面粗糙度確實與次表面破壞層具相對關係。與晶圓表面連接之非晶質層截面區域的尖突有連帶關係。加工參數方面,最適當的控制參數於工作台轉速與進給速率最好的設定分別在100rpm和10μm/min,主軸轉速則以3000rpm時的主軸轉速設定較好。因此,最後選擇主軸轉速、工作台轉速及進給速率分別各是3000rpm、100rpm、10μm/min的參數設定作為最適當參數條件。
關鍵字:晶圓,輪磨,裂痕,次表層
Fine grinding can remove material fast. It is application in silicon wafer manufature. Grinding has automation, working time short, and cost less. But grinding is a machining, so it can come some crack in subsurface damage layer with silicon wafer. This theme use grinding, with wheel speed, chuck speed and federate. To discuss these factor on silicon wafer surface roughness and subsurface damage layer(SSD). In conclusion, silicon wafer which surface roughness and subsurface damage layer has relation. Amorphous Layer of SSD that bring long crack with its big or sharp aera. Manufacture factor has be choice wheel speed 3000rpm, chuck speed 100rpm and federate 10 μm/min, that is the thesis best design factor.
key word:wafer, grinding, crack
目錄

封 面 內 頁
簽 名 頁
授 權 書………………………………………………………...iii
中 文 摘 要………………………………………………………...iv
英 文 摘 要…………………………………………………………v
致 謝………………………………………………………...vi
目 錄………………………………………………………..vii
圖 目 錄………………………………………………………...ix
表 目 錄………………………………………………………..xii

第一章 緒論………………………………………………………….1
1.1研究動機及目的………………………………………...1
1.1.1新舊製程之結果與優缺點比較………………….3
1.2研究方法………………………………………………...4
第二章 相關文獻回顧………………………………………………6
第三章 矽晶圓輪磨加工…………………………………………..13
3.1矽及矽晶圓(silicon wafer)………………………...13
3.1.1矽基本性質與演進………………………………13
3.1.2矽結晶結構………………………………………15
3.1.3矽晶用途…………………………………………17
3.2輪磨加工原理(Grinding)…………………………..17
3.3輪磨紋(Grinding Mark)……………………………20
3.4延性輪磨與磨粒切深(Ductile Regime Grinding)…23
3.5移除率………………………………………………….27
3.6表面粗糙度理論(Surface Roughness)……………….27
3.7次表層破壞探討(Subsurface Damage Layer)…………29
第四章 實驗計畫…………………………………………………..31
4.1實驗規劃……………………………………………….31
4.2研究設備及參數……………………………………….32
4.2.1晶陶加工機系統及原理簡介…………………...33
4.2.2原子力顯微鏡……………………………………37
4.2.3金相試驗…………………………………………39
4.2.4觀察………………………………………………43
4.3實驗流程……………………………………………….43
4.3.1取得輪磨晶圓試片………………………………43
4.3.2量測表面粗糙度…………………………………45
4.3.3試片製作…………………………………………47
第五章 實驗結果…………………………………………………..53
5.1表面粗糙度分析……………………………………….53
5.2 次表面裂痕層………………………………………...57
第六章 結論與未來展望…………………………………………..71
6.1結論…………………………………………………….71
6.2未來展望……………………………………………….72
參考文獻…………………………………………………………….74
附錄

圖目錄

圖1.1 典型矽晶圓製造流 ………………………………………2
圖2.1 不同型態裂痕 ……………………………………………10
圖3.1 矽晶圓尺寸演進 …………………………….14
圖3.2 矽鑽石立方結構 …………………………………15
圖3.3 由{111}平面形成的Si…………………………………….16
圖3.4 各沿【100】、【110】、【111】之二維排列………………….17
圖3.5 輪磨加工基本架構………………………………………...19
圖3.6 θ角與晶圓表面形狀關係…………………………………19
圖3.7 旋轉輪磨的動態…………………………………………...20
圖3.8 粗磨、精磨晶圓表面……………………………………….21
圖3.9 粗磨及精磨表面狀況之SEM圖………………………….22
圖3.10 以原子為加工單位之原理………………………………...23
圖3.11 延性輪磨切面微結構……………………………………...24
圖3.12 單一磨粒切削圖示………………………………………...26
圖3.13 表面粗度標記及圖像……………………………………...29
圖3.14 次表層破壞基本結構……………………………………...30
圖4.1 晶陶加工機………………………………………………...33
圖4.2 主軸溫度控制器…………………………………………...36
圖4.3 空氣乾燥機………………………………………………...36
圖4.4 探針工作原理……………………………………………...37
圖4.5 原子力顯微鏡……………………………………………...39
圖4.6 冷鑲埋套件………………………………………………...40
圖4.7 兩種機台各用來研磨、拋光………………………………40
圖4.8 腐蝕液元素………………………………………………...41
圖4.9 真空化學槽………………………………………………...41
圖4.10 超音波洗淨機工作原理…………………………………...42
圖4.11 超音波洗淨機……………………………………………...42
圖4.12 晶圓片存取盒……………………………………………...44
圖4.13 晶圓片取樣示意圖………………………………………...45
圖4.14 試片放入AFM主機中…………………………………….46
圖4.15 AFM操作之程式………………………………………….46
圖4.16 室溫中凝結的試片………………………………………...47
圖4.17 拋光進行中………………………………………………...48
圖4.18 平滑拋光面………………………………………………...48
圖4.19 氫氟酸腐蝕液……………………………………………...49
圖4.20 光學顯微鏡………………………………………………...50
圖4.21 二次電子掃描式電子顯微鏡……………………………..50
圖4.22 平坦度(TTV)定義………………………………………51
圖4.23 晶片變形後的TTV及撓曲度…………………………….52
圖5.1 各晶圓片之表面粗糙度…………………………………...57
圖5.2 兩區間之裂痕數目與裂痕長度統計……………………..59
圖5.3 #1-4裂痕(1)……………………………………………59
圖5.4 #1-4裂痕(2)……………………………………………60
圖5.5 #1-4裂痕(3)……………………………………………60
圖5.6 #1-4裂痕(4)……………………………………………60
圖5.7 #1-4裂痕(5)……………………………………………61
圖5.8 #1-4裂痕(6)…………………………………………..61
圖5.9 #1-4裂痕(7)…………………………………………..61
圖5.10 #1-4裂痕(8)……………………………………………62
圖5.11 #1-4裂痕(9)……………………………………………62
圖5.12 #1-4裂痕(10)………………………………………….62
圖5.13 #6-4裂痕(1)…………………………………………..63
圖5.14 #6-4裂痕(2)……………………………………………63
圖5.15 #6-4裂痕(3)……………………………………………64
圖5.16 #6-4裂痕(4)……………………………………………64
圖5.17 #6-4裂痕(5)……………………………………………64
圖5.18 #6-4裂痕(6)……………………………………………65
圖5.19 #6-4裂痕(7)……………………………………………65
圖5.20 #6-4裂痕(8)……………………………………………65
圖5.21 #6-4裂痕(9)……………………………………………66
圖5.22 #6-4裂痕(10)………………………………………….66
圖5.23 裂痕型態與參數間之關係………………………………...67
圖5.24 晶圓片編號#6及#8之裂痕數目……………………….67
圖5.25 表面粗度與裂痕總數統計………………………………...68
圖5.26 裂痕數與其長度之比……………………………………...68
圖5.27 次表面破壞層結構………………………………………...69
圖5.28 單晶矽層 …………………………………………….70
圖5.29 實驗中發現的最長裂痕約(d=72μm)…………………70


表目錄

表1.1 八吋矽晶圓新舊製程比較值……………………………….3
表1.2 十二吋矽晶圓新舊製程比較值…………………………….4
表2.1 矽之破裂韌性......................................................................7
表3.1 矽基本性質………………………………………………...14
表4.1 Box-Behnken實驗參數設計……….………………………34
表4.2 設備配件器材……………………………………………...34
表4.3 機台規格表………………………………………………...34
表4.4 AFM性能及量測規格…………………………………….38
表4.5 光學顯微鏡與掃瞄式電子顯微鏡比較…………………..43
表5.1 AFM表面粗糙度數據……………………………………..53
表5.2 主軸轉速2000系列加工參數的粗糙度………………….55
表5.3 主軸轉速2500系列加工參數的粗糙度………………….56
表5.4 主軸轉速3000系列加工參數的粗糙度………………….56
表5.5 初步觀察之晶圓片與裂痕數之關係……………………..58
參考文獻

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